TW200947928A - Apparatus and method adapted for directional bandwidth reservation with fixed announcement slot in wireless networks - Google Patents

Description

200947928 六、發明說明： 【發明所屬技術領城】 發明的拮術領域 本發明係有關於無線網路中適於利用固定宣告時槽之 5 指向性頻寬保留的裝置與方法。 發明之技術背景 [001] 60 GHz頻帶中之7 GHz未授權頻譜的可得性提供 了 multi-Gigabit (數十億位元）室内無線個人區域網路連結 10 (WPAN)的潛在可能性。需要大量頻寬的多種應用程式包括 未經壓縮兩畫質（HD)視訊串流、從機場自助值機櫃檯進行 快速檔案下載（實現新聞與娛樂内容同步更新的一種應 用；即所謂的”Sync & Go〃）、以及無線顯示與擴充等等。 該等應用程式無法透過現存的家用網路連結解決方案 15 (IEEE 802_lla/b/g/n 以及 WiMedia UWB)得到支援，因為 所需的資料率遠遠超出該等網路的能力。 [002] 因此，對在60 GHz頻帶操作的無線個人區域網路 的改良方案以及新進發展有著強烈的需求。

t 明内J 20 發明的概要說明 依據本發明的一實施例，係特地提供—種設備，其包 含：可在一無線個人區域網路(WPAN)中運作的一收發器， 其中該收發器受組配成可與一協調器以及至少一接收器通 訊；並且其中藉著該收發器一致地且隨機地選出多個競爭 3 200947928 時槽’並且利用指向該協調器的 求保留期間的-頻寬保留請麵自=發送指定所要 器使用利用多個競爭式時槽之間·=收發器以及該協調 性保留。 間置頻道時間區塊的一指向 圖式的簡要說.

[003]在本發明的結論部份中將特別地㈣確地指出本發 明所請求的項目。然、而，可參照下列圖式以及下列發明詳 細1 2 3 4兒明而最佳地了解本發明運作的組織與方法、目的、特 徵以及優點’在圖式中： 10 [004]第1圖展示出根據本發明 排程實例； —實施例的一種超級訊框 1 第2圖展示出根據本發明_實施例的—種指向性 寬保留機構； 2 第3圖展不出根據本發明__實施例的—種指向性頻 11寬保留流程；以及 3 第4圖展示出根據本發明—實施例之一種具有波束 成形接收功能的指向性頻寬保留機構。 4 將可了解的是，僅為簡要以及清楚目的而展示出圖 式中的元件’且該等元件的實際大小未必與繪出的大小相 同例如圖式中某些元件的大小可相對於其他元件而放 大·以便促進了解本發明的實施例。再者，適當的話，可 重複圖式巾的元件編號以指出對應細似的元件。 C實施方式】 致隹實施例的 200947928 [009]在以下的說明中，將列出多 裡特疋細節以供完整了 解本發明。然而，熟知技藝者將了解 %的疋，不需要該等特 定細節亦能實行實施例。在其他事例 、 、 Τ ’並未詳細地說明 已知方法、程序、組件以及電路，，免模糊本發明的焦 ❹ 10 15 Ο [0〇10]纟以下的說明中，將列出多種特定細節以供完整 了解本發明。然而，熟知技藝者將了解的是，不需要該等 特定細節缝實行實_。在其他事例巾，縣詳細地說 =知方法、程序、組件以及電路1避免模糊本發明的 焦點。 '[⑽11]儘管本發明的實施例並不限於此，例如''處理"、 運算"、''計算"、''判定"、''建立"、、'分析"、''檢查〃等許 係表示電腦、運算平台、運算祕、或者其它電子運算裝 置的操作及/或程序’其把該電腦之暫存器及/或記憶體中 以物理量(例如，電子量）表示㈣料操縱及/或轉換為以該 電腦之暫存^及/或記㈣或可贿帛以騎㈣及/或程 序之其他該等資訊儲存體相似地以物理量表示的其他資 # ° ' 儘管本發明的實施例並不限於此，本文令使用的 20多個"與、、多種"可例如包括''多重"或''二或更多個〃。本文中 使用的、、多個"與、'多種〃可用來描述二或更多個部件、裝置、 疋件、單元、參數等。例如，《多個站台〃可包括二或更多 個站台。 [〇13]相較於較低頻率（例如，2.4 GHz以及5 GHz頻 5 200947928 帶）的通訊鍵路來說，毫米（mm)波通訊鏈路對鏈路預算設 下了較多挑戰’因著氧氣吸收速率（其使大範圍的信號衰退) 以及其短波長（其因為穿透例如牆壁以及天花板的障礙物 而提供高衰退性）而造成的固有隔離性關係。在許多狀況 5中，較佳的是使用指向性天線來進行高速點對點資料傳 輸。進行指向性傳輸的裝置可達成較高的範圍（因為鏈路預 算問題而緩和）以及較佳的聚合傳輸量與空間再利用，而在 空間上分離之該等裝置中的某些裝置可同時進行通訊。可 使用一種涵蓋大範圍角度的指向性天線型樣以提供全向性 ίο 覆蓋率’並協助發現網路芳鄰以及波束控制（beam-steering) 決策。再者’多個裝置所支援的天線可有以下幾種類型： 不可訓練（Non-Trainable)天線、扇形（Sectorized)天線、或 相列式（Phased Array)天線。 [0014] 在一傳統60GHz無線個人區域網路（WPAN) 15 中，係利用並不支援並行傳輸的分時多重進接(TDMA)技術 來排程頻道時間。如第1圖所示，大致上展示為元件1〇〇， 通常係由協調器針對各個超級訊框（用於TDMA的基本分時 技術）來進行頻道時間保留，且係在信標訊框中傳遞頻道時 間保留，其具有超級訊框η·1 U0、超級訊框η 12〇、以及 2〇超級訊框η+1 130。資料頻道係展示為元件14〇，且第1 圖展示出信標150、保留頻道時間區塊(TDMA)160、以及 未保留頻道時間區塊(CSMA 170)。 [0015] 如果針對一對特定裝置而保留一頻道時間區塊 (保留區塊160) ’那麼該傳送器便進行高速率指向性傳輸。 200947928 同時間，如果並未保留該頻道時間區塊（未保留區塊17〇)， 可利用CSMA (載波感測多重進接)機構來存取該頻道時間 區塊。不幸地，該CSMA機構迫使使用全向性傳輸成為必 要，然該種全向性傳輸相當不具效率且提供相當低的傳輸 5量。現存的媒體接取控制（mac)協定僅允許在信標15〇中 亘告了新排程之後保留從下一個超級訊框開始的多個頻道 時間區塊。此種狀況會針對突發的資料訊務產生大量的延 Φ 遲，其會使應用程式效能受到不利的衝擊。另一方面針 對β亥種sfl務保留備用的頻道時間會導致不足的頻道使用狀 10 況。 [0016] 本發明的實施例能藉著使用指向性傳輸來增進 - 頻寬保留效率。當在突發以及等時性連接之間共享該頻道 時，本發明可另增加傳輸量、降低突發資料訊務的潛伏期 間，並且維持高頻道使用率。本發明的實施例亦提供有效 15率的空間再利用、增加WPAN的整體傳輸量，並且致能裝 φ 置的省電功能，因為它們僅需要在固定宣告時槽中聽從該 協調器。 [0017] 現在請參見第2圖，大致上展示為元件2〇〇，本 發明提供一種利用競爭式時槽而用於閒置頻道時間區塊之 20指向性保留的新穎機構。第2圖展示出保留頻道時間區塊 210、未保留頻道時間區塊220、以及保留頻道時間區塊 230。展開的未保留頻道時間區塊22〇展示出競爭時槽i 240、競爭時槽k 250、宣告時槽260、分配保留期間270、 未保留頻道時間區塊280。在一閒置時間頻道時間區塊的 7 200947928 開始，多個裝置使用了預定數量k的競爭時槽以對該協調 器發送頻寬保留睛求，後面跟隨著的是該協調器用以宣者 經准予頻寬保留的一宣告時槽。希望保留一未分配頻道日矛 間區塊的一傳送器可能一致地且隨機地選出該等競爭時槽 5中之一，並且利用指向該協調器的指向性傳輸發送指定戶斤 要求保留期間的一頻寬保留請求訊息。該競爭時槽期間必 須夠長而足以容納此項傳輸。該協調器利用指向性或（類） 全向性傳輸’以指定多個鏈路的收發器（在本發明的一實施 例中亦稱為一傳送器）以及該經分配保留期間的一頻寬准 10予訊息，來對該傳送器及/或其他裝置進行回應，該經分配 保留期間可小於或等於所要求的期間。如果多個傳送器（或 收發器）已經成功地進行請求傳輸，該協調器便選出該等多 個傳送器（或收發器）中之一。競爭時槽的數量k可為固定 的（例如，k=3) ’或者由該協調器在該信標訊框中宣告。該 15 協調器亦可允許某些無干擾（non-jnterferjng)鏈路能使用 該頻寬准予訊息中指定的經分配頻道時間區塊。於此，該 頻寬准予訊息必須到達所有的相關裝置。本發明一實施例 的吼息流程係展示為第3圖中的元件300。傳送器320傳 送指向性頻寬請求給協調器330(步驟340)，且協調器330 傳送BW准予（全向性/指向性步驟350)。傳送器32〇對 接收器310指向性地發送資料（步驟360)。 t〇〇l8]不管該協調器是使用波束成形（指向性）或全向 座天線在競爭時槽中進行接收動作，本發明皆能產生功 敦。然而，以一全向性天線來說，該協調器的接收動作容 200947928 ❹ 10 易受到干擾。同時間，可使該頻寬保留機構改善以供進行 波束成形接收動作使用。基本上，可使競爭時槽縮短以僅 容納-前置語的傳輸’進而允許該協調器能進行天線訓練 並且鎖定到該指向性信號。該前置語後面跟隨著一頻寬保 留請求訊息的指向性傳輸。雖然該請求訊息的傳輸動作可 能會在時間上與後續發送的訊息發生衝突，波束成形接收 功能可最大化該協調器成功接收與經選定以供傳輸之該第 一競爭時槽相關聯之頻寬保留請求的可能性。再者，此修 正方案的另一項優點是該協調器並不需要在多個已接收請 求之間進行仲裁，因為最多會有一個傳送器成功。用於波 束成形接收功能的經修改機構係展示於第4圖中，以4〇〇 表示’其包含保留頻道時間區塊410、未保留頻道時間區 塊420、以及保留頻道時間區塊430。未保留頻道時間區塊 420的展開圖展示出競爭訊框1 450、競爭訊框k 440、宣 告時槽460、分配保留期間470、以及未保留頻道時間區塊 480。 在本發明的實施例中，可增加二個延伸部分。首先，一 頻寬保留請求訊息可要求比考量中之未分配頻道時間區塊 中之可得時間來得長的一段期間’且該協調器可對該傳送 20器保留介於該要求時間以及未來實際分配時間之間的差 異’而不需要傳送一額外的頻寬保留請求。第二，如果該 WPAN中產生突發訊務的裝置數量並未超出競爭時槽的數 量，該協調器便可藉著在該信標訊框中刊登一公告來使各 個該種裝置與一專用競爭時槽相關聯，進而消除競爭。 200947928 [0019]儘管已在本文中說明且展示本發明的某些特徵 來本發明，對熟知技藝者來說，可有多種不同的修正方式、 替代方案、變化方式、以及等效方案。因此，要了解的是， 以下申請專利範圍將涵蓋所有屬於本發明真實精神中的修 5 正方式與變化方式。 【圖式簡單說明】 第1圖展示出根據本發明一實施例的一種超級訊框排 程實例；

第2圖展示出根據本發明一實施例的一種指向性頻寬 10 保留機構； 第3圖展示出根據本發明一實施例的一種指向性頻寬 保留流程；以及

15 第4圖展示出根據本發明一實施例之一種具有波束成形 接收功能的指向性頻寬保留機構。 【主要元件符號說明】 100 頻道時間保留 240 競爭時槽1 110〜130 超級訊框 250 競爭時槽k 140 資料頻道 260、 460 宣告時槽 150 信標 270 分配保留期間 160、210、230、410、430 300 訊息流程 保留頻道時間區塊 310 接收器 170、220、280、420、480 320 傳送器 未保留頻道時間區塊 330 協調器 200、400 機構 340〜360 步驟 10 200947928 440 競爭訊框k 450 競爭訊框1 470 分配保留期間

Claims (1)

1. 200947928 七、申請專利範圍： 1. 一種設備，其包含： 可在一無線個人區域網路（WPAN)中運作的一收發器， 其中該收發器受組配成可與一協調器以及至少一接收 5 器通訊；並且 其中藉著該收發器一致地且隨機地選出多個競爭時 槽，並且利用指向該協調器的指向性傳輸發送指定所要 求保留期間的一頻寬保留請求訊息，該收發器以及該協 調器使用利用多個競爭式時槽之閒置頻道時間區塊的 10 一指向性保留。 2·如申請專利範圍第1項之設備，其中該閒置時間頻道時 間區塊開始時，有多個裝置用以對該協調器發送頻寬保 留請求的預定數量競爭時槽，後面跟隨著該協調器用以 宣告任何受准予頻寬保留的一宣布時槽。 15 3.如申請專利範圍第2項之設備，其中該競爭時槽期間必 須夠長而足以容納多項傳輸。 4.如申請專利範圍第1項之設備，其中該協調器利用指向 性或類全向性傳輸，以指定多個鏈路以及一經分配保留 期間的一頻寬准予訊息，來回應該收發器。 20 5.如申請專利範圍第4項之設備，其中如果多個傳送器已 經成功地進行請求傳輸，該協調器便選出該等傳送器中 的一個。 6.如申請專利範圍第1項之設備，其中競爭時槽的數量可 為固定或者由該協調器在一信標訊框中宣告，且該協調 12 200947928 器亦可允許某些無干擾鏈路能使用該頻寬准予訊•中 指定的一個經分配頻道時間區塊。 7.如申請專利範圍第1項之設備，其中該協調器藉著縮短 競爭時槽而使用一指向性天線在競爭時槽中進行接 收’以僅容納-前置語的傳輸，進而允許該協調器能進 行天線訓練並且鎖定到指向性信號上，且其中該前置注 後面跟隨著一頻寬保留請求訊息的指向性傳輪。

   10 15

   20 8·如申請專利範圍第μ之設備，其中保留請求訊 息可要求比考量中之一未分配頻道時間區塊中之可得 時間來得長的一段時間期間，且該協調器可對該收發器 保留介於該要求時間以及未來實際分配時間之間的差 異’而不需要傳送一額外的頻寬保留請求。 9·如申請專利範圍第8項之設備，其中如果該WpAN中產 生突發訊務的裝置數量並未超出競爭時槽的數量，該協 調器便可藉著在該信標訊框中刊登—公告來使各個該 種裝置與一專用競爭時槽相關聯，藉以消除競爭。 1〇_—種方法，其包含下列步驟： 热琛個人區域網峪（WH7VN)中運作的 器以與—協調器以及至少一接收器通訊；以及 其中藉著該收發器-致地且隨機地選出多個競爭時 槽’並且彻指向㈣顧的指向性傳輪發送指定所要 求保留期間的—頻寬保留請求訊息，該收發^及該協 調歧用仙多個競爭式時槽之閒置頻道時間區塊的 '指向性保留。 13 200947928 11.如申請專利範圍第10項之方法，其另包含預先界定由 多個裝置在該閒置時間頻道時間區塊開始時對該協調 器發送頻寬保留請求的競爭時槽數量，後面跟隨著該協 調器用以宣告任何受准予頻寬保留的一宣布時槽。 5 12.如申請專利範圍第11項之方法，其另包含要求該競爭 時槽期間必須夠長而足以容納多項傳輸。 13.如申請專利範圍第10項之方法，其另包含該協調器利 用指向性或類全向性傳輸，以指定多個鏈路以及一經分 配保留期間的一頻寬准予訊息，來回應該收發器及/或 10 其他裝置，該經分配保留期間可小於或等於一請求期 間。 14_如申請專利範圍第13項之方法，其中如果多個傳送器 已經成功地進行請求傳輸，該協調器便選出該等傳送器 中的一個。 15 15.如申請專利範圍第10項之方法，其中競爭時槽的數量 可為固定或者由該協調器在一信標訊框中宣告，且該協 調器亦可允許某些無干擾鏈路能使用該頻寬准予訊息 中指定的一個經分配頻道時間區塊。 16·如申請專利範圍第15項之方法，其另包含該協調器藉 20 著縮短競爭時槽而使用一指向性天線在競爭時槽中進 行接收，以僅容納一前置語的傳輸，進而允許該協調器 能進行天線訓練並且鎖定到指向性信號上，且其中該前 置語後面跟隨著一頻寬保留請求訊息的指向性傳輸。 17.如申請專利範圍第10項之方法，其另包含由一頻寬保 14 200947928 留請求訊息要求比考量中之一未分配頻道時間區塊中 之可得時間來得長的一段時間期間，並且該協調器可對 該傳送器保留介於該要求時間以及未來實際分配時間 之間的差異，而不需要傳送一額外的頻寬保留請求。 5 18.如申請專利範圍第17項之方法，其另包含如果該WPAN 中產生突發訊務的裝置數量並未超出競爭時槽的數 量，該協調器便可藉著在該信標訊框中刊登一公告來使 各個裝置與一專用競爭時槽相關聯，藉以消除競爭。 15